研讨深入分析了橘子多倍体抗旱生理,大麦抗逆

作者:农业资讯

近期,Plant Biotechnology Journal期刊连续发表了两篇华中农大园艺植物生物学教育部重点实验室柑橘抗逆团队的研究论文,题目分别为“ERF109 of trifoliate orange (Poncirus trifoliata  contributes to cold tolerance by directly regulating expression of Prx1 involved in antioxidative process”(第一作者为博士研究生王敏)和“Enhanced ROS scavenging and sugar accumulation contribute to drought tolerance of naturally occurring autotetraploids in Poncirus trifoliata”(第一作者为博士研究生韦同路),刘继红教授为两篇论文的通讯作者。

核心提示:近日,国际学术期刊《基因与发育》(Genes & Development)正式发表了我国科研人员关于水稻调控抗旱耐盐新机理的研究论文。近日,国际学术期刊《基因与发育》(Genes & Development)正式发表了我国科研人员关于水稻调控抗旱耐盐新机理的研究论文。这项研究成果由中科院上海生科院植物生理生态所植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究组完成。该研究组经过多年努力,在水稻重要性状遗传与功能基因研究方面取得了多项重要成果。 随着人口增加、社会经济发展及自然气候条件变化,水资源短缺、土壤盐碱荒漠化的趋势日益加剧。干旱和盐碱已成为造成农作物产量和质量下降的两个主要环境因素。为了解决这一农业难题,一直以来国内外植物学家都十分重视作物抗逆性的研究,并把较高的抗逆性作为评价作物优良品种的重要指标之一。开展作物抗逆的分子遗传机理研究可以为作物抗逆分子育种改良提供理论基础。为了寻找水稻中的相关抗逆基因,林鸿宣研究组通过大规模筛选水稻EMS诱变的突变体库,获得了一份较强抗旱、耐盐且稳定遗传的水稻突变体,将该突变体命名为DST(drought and salt tolerance)。以此作为研究材料,林鸿宣研究员指导博士生黄新元和晁代印等通过图位克隆方法分离克隆了控制该抗逆性状的基因DST。该基因编码一个只含有一个C2H2类型锌指结构域的蛋白,随后被证明是一个新型的核转录因子。在DST突变体中,该蛋白的两个氨基酸的变异显著降低了DST的转录激活活性。他们的研究表明,DST作为抗逆性的负调控因子,当其功能缺失时可直接下调过氧化氢代谢相关基因的表达,使清除过氧化氢的能力下降,从而增加过氧化氢在保卫细胞中的累积,促使叶片气孔关闭,减少水分蒸发,最终提高水稻的抗旱耐盐能力。重要的是,抗逆性增强的DST突变体在正常生长情况下其产量与对照品种相比没有明显的变化,为该基因在作物抗逆育种中的应用提供了便利。通过一系列实验,他们揭示了一种调节水稻抗旱耐盐的分子调控新机制。即旱盐胁迫时,水稻通过下调DST的表达,进而降低其下游过氧化氢代谢相关基因的表达,减小叶片气孔的开度,控制水分的流失,从而增强抗干旱和耐受盐胁迫的能力。“这项研究成果加深了人们对作物抗逆性状遗传调控机理的认识,同时也为作物抗逆分子育种提供了具有自主知识产权的重要新基因。”有关专家高度评价该项研究。这项研究得到国家自然科学基金委、科技部“973”项目和“863”专项、中科院和上海市科委等的资助。

转录调控是植物逆境应答的重要分子机制,挖掘关键的转录因子,解析其抗逆功能及作用机制,在阐明植物逆境应答中有重要意义,也为抗逆分子改良提供重要的基因资源。课题组在前期构建柑橘抗寒资源枳低温表达谱的基础上,筛选到一个强烈响应低温的转录因子PtrERF109,借助遗传转化手段,通过超表达和沉默的方法证明该转录因子正调控抗寒性,进一步利用详细研究表明该转录因子参与抗寒的机制主要是通过正调控一个抗氧化酶基因Prx1实现的;增强抗氧化能力,从而构建了“ERF109- Prx1”模块参与枳低温应答的信号通路,丰富了对低温应答转录调控的理论认识。

多倍体常常具有更好的遗传适应性和抗逆性。因此,发掘多倍体种质资源,解析其抗逆分子机理,对柑橘类植物抗逆种质创新有重要的意义。在题为“Enhanced ROS scavenging and sugar accumulation contribute to drought tolerance of naturally occurring autotetraploids in Poncirus trifoliata”的研究中,课题组通过自然群体筛选获得一批枳同源四倍体材料,证明了枳四倍体植株的抗旱性强于二倍体,并在分子和生理水平上解析了四倍体枳的抗旱机理。研究发现,干旱胁迫下四倍体可通过改变活性氧清除和蔗糖代谢相关基因表达水平,提高抗氧化能力和可溶性糖的积累,从而形成更有利的活性氧清除和渗透调节系统,更好的适应干旱胁迫。该研究深入解析了柑橘多倍体抗旱生理和分子机理,为植物多倍体抗逆相关研究提供了重要参考。

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